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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen und Überprüfen des
Stromlaufplans für
eine zu integrierende elektrische Schaltung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch
1. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Hilfseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 12 zur Durchführung des Verfahrens.
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Beim
Entwurf integrierter Schaltungen im sogenannten Full-Custom-Verfahren,
insbesondere beim Entwurf hochintegrierter Schaltungen (VLSI) nach
diesem Verfahren, wird in der Regel mit dem zeichnerischen Entwurf
eines Stromlaufplans begonnen, der die Schaltungselemente und ihre
elektrischen Verbindungen enthält
und üblicherweise
vom Schaltungsdesigner an einem Computer-Bildschirm gezeichnet wird.
In solchen Stromlaufplänen
(auch "Schematics" genannt) wird für jedes
eingezeichnete Schaltungselement eine Kennzeichnung benutzt, die das
betreffende Element identifiziert und anhand derer sich die Funktion
des betreffenden Elementes hinreichend genau nachvollziehen lässt. Zur
Berücksichtigung
der parasitären
Kapazitäten
C, Widerstände
R und Induktivitäten
L der die Schaltungselemente verbindenden Leitungen, welche das
Verhalten der Schaltung ebenfalls beeinflussen, ist es bekannt,
diese Leitungsparasiten (auch "Parasitics" genannt) als diskrete
C-, R- und L-Elemente mit abgeschätzten Werten in den Stromlaufplan
einzuzeichnen, ebenfalls mit Kennzeichnungen, welche diese Elemente identifizieren
und deren abgeschätzte
Werte definieren.
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Der
so entworfene Stromlaufplan wird üblicherweise zusammen mit den
Kennzeichnungen der Elemente in einen Computer übertragen, um das elektrische
Verhalten der Schaltung durch Rechnersimulation prüfen zu können. Anhand
dieser Prüfung kann
der Schaltungsdesigner feststellen, ob oder inwieweit seine Wahl
der Schaltungselemente und ihrer gegenseitigen Verbindungen eine
Schaltung mit der gewünschten
Funktion ergeben könnten.
Falls notwendig, kann der Schaltungsdesigner den Stromlaufplan am
entsprechend programmierten Computer interaktiv modifizieren (gleichsam "von Hand"), bis die Simulation
das gewünschte
Ergebnis zeigt. Üblicherweise
ist die Beschreibung bzw. virtuelle Abbildung des Stromlaufplans
im Computer hierarchisch strukturiert. Das heißt, die Gesamtschaltung ist
in Blöcke
gegliedert, die jeweils für
sich eine Funktionseinheit bilden, wobei jeweils mehrere Blöcke einer Hierarchie-Ebene
zu einem Block der nächsthöheren Hierachie-Ebene zusammengefasst
sind. So ist es möglich
einzelne Teile der Schaltung jeweils für sich zu prüfen, und
zwar Schritt für
Schritt von der untersten bis zur obersten Hierarchie-Ebene. Bei gleichartigen
Blöcken
genügt
eine Einzelprüfung
nur eines dieser Blöcke,
und eine gegebenenfalls vorgenommene Modifikation kann in einfacher
Weise in die anderen Blöcke
kopiert werden.
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Zur
Realisierung der entworfenen (also der der durch den Stromlaufplan
beschriebenen) Schaltung als integrierte Schaltung auf einem Halbleiterchip
muss aus dem Stromlaufplan ein "Layout" entwickelt werden,
d.h. eine Beschreibung der Geometrie und der räumlichen Anordnung der Schaltungskomponenten
auf dem Chip. Dieses Layout definiert die Muster der Masken, die
bei der lithografischen Fertigung der integrierten Schaltung zu
verwenden sind. Die Transformation des Stromlaufplans in ein geeignetes
Layout erfolgt meist zeichnerisch durch den Layouter an einem Bildschirm
(also ebenfalls manuell), sie kann auch zumindest teilweise automatisiert erfolgen;
es sind verschiedene Programme zur rechnergestützten (und auch interaktiven)
Layout-Erstellung bekannt. Auch das Layout wird hie rarchisch strukturiert.
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Im
Layout müssen
bestimmte Grenzbedingungen eingehalten werden, sogenannte "Layoutregeln", die u.a. von der
Fertigungstechnologie und von den Nenn-Betriebswerten der zu integrierenden Schaltung
hinsichtlich Strom, Spannung und Frequenz abhängen. Die Einhaltung dieser
Regeln kann im Laufe der Layout-Erstellung automatisch überwacht
werden, wofür
es ebenfalls geeignete Rechnerprogramme gibt (DRC = Design Rule
Check).
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Beim
Entwerfen des Layout für
die Verbindungsleitungen bleiben die im Stromlaufplan eingezeichneten
Leitungsparasiten normalerweise unberücksichtigt, so dass relativ
große
Gestaltungsfreiheit für
die Geometrie der Verbindungsleitungen besteht. Dies betrifft den
räumlichen
Verlauf der Leitungen, ihre Abmessungen und auch die Topologie der
einzelnen Leitungsnetze. Mit dem Begriff "Leitungsnetz" ist hier die Menge aller direkt miteinander
verbundener Leitungsabschnitte gemeint, wobei die Topologie die
interne Aufteilung von Verzweigungen bzw. Knoten innerhalb des Leitungsnetzes
und auch die Orte eventueller sprunghafter Übergänge in den Leitungseigenschaften
betrifft. Die besagte Gestaltungsfreiheit findet hierbei ihre Grenzen
nur in den oben erwähnten
Layoutregeln. Hinsichtlich der Schaltungselemente selbst gibt es
gewöhnlich
nur wenig oder keine Gestaltungsfreiheit, da deren Layout üblicherweise
standardisiert ist, d.h. von vorn herein durch die beim Entwurf
des Stromlaufplans eingegebene Kennzeichnung festgelegt wird.
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Als
nächster
Schritt erfolgt eine "layoutbezogene" Funktionsprüfung, d.h.
es wird geprüft,
ob oder inwieweit die Schaltung, wenn sie gemäß dem entworfenen Layout integriert
würde,
die vom Schaltungsdesigner gewünschte
Funktion erfüllen
könnte. Hierzu
werden aus den geometrischen und materialbeschreibenden Daten des
Layout die Leitungsparasiten aller Abschnitte jedes Netzes von Verbindungsleitungen
ermittelt ("extrahiert"). Diese Parasiten-Extraktion
(sogenannte RCL-Extraktion)
erfolgt üblicherweise
mittels geeigneter Softwarewerkzeuge. Dann wird die Funktion der
durch den Stromlaufplan beschriebenen Schaltung durch Rechnersimulation geprüft, wobei
anstelle der zuvor abgeschätzten
Leitungsparasiten die extrahierten Parasiten zugrundegelegt werden.
Mit dieser "Post-Layout-Simulation" erzielt man wesentlich
realistischere Simulationsergebnisse.
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Problemstellung
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Bei
der Post-Layout-Simulation stellt sich oft heraus, dass die im Stromlaufplan
zuvor eingezeichneten, abgeschätzten
Leitungsparasiten weit von der Realität des späteren Layout entfernt sind
und die Ergebnisse der früheren "Pre-Layout-Simulation" auf der Basis des
Stromlaufplans erheblich von den Post-Layout-Simulationsergebnissen
abweichen. Ursprüngliche
Annahmen über
die Leistungsfähigkeit der
Schaltung können
sich als falsch erweisen und in vielen Fällen aufwändige Änderungen in einer späteren Phase
des Projekts erzwingen.
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Es
ist daher erstrebenswert, die Leitungsparasiten im Stromlaufplan
vor der Layout-Erstellung möglichst
präzise
abzuschätzen.
Hierzu kann man die aus dem bereits erstellten Layout extrahierten Leitungsparasiten
gleichsam als Vorbild nehmen, um die Parasiten-Abschätzung wenigstens
für den
Entwurf anderer Schaltungen zu präzisieren, die ähnliche
Funktion haben und voraussichtlich ähnliches Layout erhalten. So
ist es bekannt, die in den Stromlaufplänen solcher ähnlicher
Schaltungen eingezeichneten abgeschätzten Leitungsparasiten mit
den extrahierten Leitungsparasiten des Vorbildes zu vergleichen
und nötigenfalls
anzupassen.
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Es
sind Software-Werkzeuge zum automatisierten Vergleich der Stromlaufpläne mit dem
Layout bekannt, jedoch wurden Leitungsparasiten hierbei bisher nicht
einbezogen, und zwar im Wesentlichen aus folgenden Gründen:
- (a) Ein automatisierter Vergleich erfordert
eine genaue 1:1-Abbildung der extrahierten Leitungsparasiten aus
dem Layout auf den Stromlaufplan. Eine solche Abbildung würde zu einer Überfrachtung
der Stromlaufpläne
mit den parasitären
Elementen führen
und diese Pläne
für die
Erstellung des Layout unleserlich machen.
- (b) Stromlaufpläne
und Layout sind in der Regel hierarchisch strukturiert, wobei die
Hierarchie der Stromlaufpläne
aber nicht notwendigerweise identisch mit der Hierarchie des Layout
sind. Daher können
z.B. Schaltungen, die im Stromlaufplan gleichartig erscheinen, unterschiedliche
Layoutimplementierungen und damit auch unterschiedliche Leitungsparasiten
haben.
- (c) Aufgrund der bisher eingeräumten Gestaltungsfreiheit für das Layout
stimmt die Topologie eines Leitungsnetzes im Stromlaufplan nicht
notwendigerweise mit der des Layout überein. Deswegen ist eine genaue
1:1-Abbildung der extrahierten Leitungsparasiten aus dem Layout
auf den Stromlaufplan nicht immer möglich.
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Somit
musste der Vergleich der extrahierten Leitungsparasiten mit den
im Stromlaufplan eingetragenen abgeschätzten Leitungsparasiten und
deren Anpassung bisher aufwändig
durch einen erfahrenen Schaltungsdesigner erfolgen, der mittels
Augenschein die Topologie und die Leitungsparasiten jedes im Layout
beschriebenen Leitungsnetzes mit der im Stromlaufplan beschriebenen
Topologie und den Leitungsparasiten des betreffenden Leitungsnetzes
vergleicht und aus den beobachteten Unterschieden abschätzt, welche Änderungen
er im Stromlaufplan von Hand vornehmen muss, um eine möglichst
gute Anpassung an das Vorbild zu erreichen. Berücksicht man die Tatsache, dass
insbesondere hochintegrierte Schaltungen mehrere Hunderttausend
oder gar Millionen von Leitungsnetzen enthalten, dann erkennt man,
dass der Aufwand für
einen vollständigen Augenschein-Vergleich
aller Netze und die nachfolgenden manuellen Korrekturen jedes vernünftige Maß übersteigen
würde.
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Aufgabe der
Erfindung und Lösungsprinzip
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Erstellung und Überprüfung des
Stromlaufplans einer zu integrierenden Schaltung eine Technik anzugeben,
bei welcher ein Vergleich der im Stromlaufplan beschriebenen Leitungsnetze
mit den Leitungsnetzen des entworfenen Layout automatisierbar ist. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst.
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Gegenstand
der Erfindung ist demnach ein Verfahren zum Erstellen und Überprüfen des
Layout für
die Integration einer elektrischen Schaltung, wobei ein Stromlaufplan
für die
zu integrierende Schaltung entworfen wird und auf der Basis dieses
Stromlaufplans ein Layout für
die zu integrierende Schaltung entworfen wird und Merkmale dieses
Layout-Entwurfs mit Merkmalen des entworfenen Stromlaufplans verglichen
werden. Erfindungsgemäß werden
sowohl beim Entwerfen des Stromlaufplans als auch in einer aus dem
entworfenen Layout extrahierten Layoutbeschreibung die Abschnitte
von Verbindungsleitungen innerhalb der Leitungsnetze definiert durch
Strukturparameterwerte, welche die Länge und die Breite der Leitungsabschnitte
vorgeben und ferner die impedanzbestimmenden Schichteigenschaften
der Leiterschicht angeben, die bei der Integration des jeweiligen
Leitungsabschnittes hergestellt werden soll. Dann werden einzelne
Leitungsnetze des Layout mit den entsprechenden Netzen des Stromlaufplans
verglichen durch Vergleich der angegebenen Strukturparameterwerte.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt also die Definition der Leitungsnetze bereits im Stromlaufplan
in einer Art, die für
die Gestaltung des Layout Vorgaben liefert, welche präziser sind
als die Vorgaben durch einen in herkömmlicher Weise beschriebenen
Stromlaufplan. Dies mag zwar die Gestaltungsfreiheit bei der Layout-Erstellung
etwas einschränken, hat
anderseits jedoch gewichtige Vorteile.
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Ein
wesentlicher Vorteil ist, dass der Stromlaufplan und die extrahierte
Layoutbeschreibung die Leitungsnetze durch die selben Parametergruppen definieren,
nämlich
solche, welche die körperlich-strukturellen
Merkmale beschreiben, wobei diese Gruppen gleichsam Tabellenschablonen
bilden, welche die Werte der betreffenden Parameter als Einträge enthalten.
Es ist deswegen sehr einfach, die im Stromlaufplan beschriebenen
Leitungsnetze mit den durch das reale Layout beschriebenen Leitungsnetzen
zu vergleichen.
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Besondere
Ausführungsformen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis
11 beschrieben. Die grundlegenden Merkmale einer Hilfseinrichtung
zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
sind im Patentanspruch 12 gekennzeichnet, und besonderer Ausgestaltungen
dieser Hilfseinrichtung sind in den Unteransprüchen 13 bis 20 beschrieben.
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Nachstehend
wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulicht;
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Stromlaufplan-Darstellung
eines einfachen Leitungsnetzes;
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3 zeigt
eine erste Variante des Layout für
das in 1 dargestellte Netz;
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4 zeigt
eine zweite Variante des Layout für das in 1 dargestellte
Netz;
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5 zeigt
die erfindungsgemäß extrahierte Beschreibung
des Layout nach 4;
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6 zeigt
eine dritte Variante des Layout für das in 1 dargestellte
Netz;
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7 zeigt
die erfindungsgemäß extrahierte Beschreibung
des Layout nach 6;
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Ausführungsbeispiel
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In
der 1 sind die Bestandteile bzw. Schritte des Verfahrens
durch nummerierte Blöcke mit
Inschriften dargestellt. Gemäß der 1 beginnt das
Verfahren mit dem Entwerfen eines Stromlaufplans (Block 1)
an einem Computerbildschirm, wobei alle Schaltungselemente und alle
Leitungsabschnitte, welche einzelne Schaltungsknoten bzw. Anschlüsse der
Schaltungselemente miteinander verbinden, jeweils mit einem Namen
zur Identifikation und einer Kennzeichnung zur Definition versehen werden.
Den Schaltungsknoten und Anschlüssen werden
ebenfalls Namen zugeordnet. Ferner wird jedem Leitungsnetz (im Folgenden
auch kurz als "Netz" bezeichnet), also
jeder Gruppe direkt miteinander Leitungsabschnitte, ein eigener
Name zu seiner Identifizierung zugeordnet.
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Die 2 zeigt
ein Beispiel für
einen Teil des Stromlaufplans, der ein relativ einfachen Netz umfasst,
das den Ausgang einer mit dem Namen E1 versehenen Signalquelle mit
den Eingängen
dreier Signalsenken (Namen E2, E3, E4) verbindet. Die vier Elemente
E1:4 können
sich in gleicher oder in unterschiedlicher Hierarchie-Ebene innerhalb
einer umfangreichen Gesamtschaltung (nicht gezeigt) befinden. Der
Stromlaufplan enthält
neben den Namen E1:4 auch die Kennzeichnungen D1:4 (z.B. die Typenbezeichnungen)
zur Definition der betreffenden Elemente.
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Das
in 2 gezeigte Netz, mit dem Netznamen Ni versehen,
besteht aus einem ersten Leitungsabschnitt mit dem Namen L1, der
von einem Ausgangsanschluss des Elementes E1 zu einem Knoten führt, wo
drei Leitungsabschnitte mit den Namen L2, L3, L4 zu den Eingangsanschlüssen der
drei Elemente E2, E3, E4 abzweigen. Knoten und Anschlüsse sind
durch schwarze Punkte symbolisiert, ihre Namen sind in der Figur
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht eingetragen.
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Wie
oben erwähnt,
besteht eine Besonderheit der Erfindung darin, dass die Leitungsabschnitte innerhalb
der Netze definiert werden durch Angabe von Strukturparameterwerten,
aus denen die Leitungsparasiten berechnet werden können. Beim
gezeigten Beispiel sind es drei Strukturparameter, nämlich die
Länge A
des Leitungsabschnittes, dessen Breite B und ein Parameter S, der
spezifische Eigenschaften der Leiterschicht angibt, die bei der
Integration des jeweiligen Leitungsabschnittes hergestellt werden
soll.
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Alle
Daten des gesamten Stromlaufplans werden in einer "Schematics"-Datenbank abgelegt. Die
Datenbank gestattet einen gezielten Zugriff auf die Daten einzelner
Netze (anhand des Netznamens) und die Daten einzelner Leitungsabschnitte
des jeweiligen Netzes (anhand des "Leitungsnamens"). Diese Zugriffmöglichkeit ist im Abschnitt 1b des
Blockes 1 der 1 schematisch veranschaulicht.
Des Weiteren gestattet die Schematics-Datenbank eine Verknüpfung der
Netzdaten mit den Daten der Schaltungselemente (symbolisch im Abschnitt 1a des
Blockes 1 gezeigt) derart, dass die im Stromlaufplan beschriebene
Schaltung gewünschtenfalls
in ihrer Funktion durch Simulation geprüft werden kann (Block 3 im
Flussdiagramm nach 1). Bei dieser Simulation wird
jeder Leitungsabschnitt betrachtet als eine passive Ersatzschaltung
mit mindestens einer kapazitiven Querimpedanz und mit mindestens einer
resistiven oder resistiven und induktiven Längsimpedanz, wobei die Impedanzen
aus den Strukturparameter-Angaben des Stromlaufplans ermittelt werden
(Schritt 2).
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Vorzugsweise
wird als Ersatzschaltung für jeden
Leitungsabschnitt eine Pi-Schaltung verwendet, bestehend aus zwei
Querkapazitäten
und einem dazwischen angeordneten Längswiderstand, wie innerhalb
des Blockes 2 der 1 veranschaulicht. Wenn
A die Länge
und B die Breite des Leitungsab schnittes ist (z.B. jeweils gemessen
in um), dann gilt in diesem "Pi-Modell" ein Wert des Längswiderstandes R = RS·A/B, Gl.1wobei RS (in Ohm pro Flächenquadrat) der Schichtwiderstand
der Verbindungsleitung ist, der vom spezifischen Widerstand des
Leitermaterials und der Leiterdicke abhängt. Für den Wert jeder der beiden
Querkapazitäten
ergibt sich C = [(CF·A·B) + (2CR·(A
+ B))]/2, Gl.2wobei
CF (in pF/μm2)
die Flächenkapazität und CR (in pF/μm)
die Randkapazität
der Leitung gegenüber dem
Substrat ist.
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Die
Werte für
RS, CF und CR gehören
zu den "Schichteigenschaften" der Leitungsabschnitte,
sie sind bestimmt vom "Typ" der Materialschicht,
welche einen Leitungsabschnitt in der herzustellenden integrierten
Schaltung bildet. Der Schichttyp wird seinerseits bestimmt von den
Prozessparametern, die bei der lithografischen Integration der jeweiligen
Schicht auf einem Halbleiterchip angewendet werden sollen. Jeder
Schichttyp ist verknüpft
mit einer bestimmten Auswahl des Leitermaterials und der Leiterdicke
(und somit des Schichtwiderstandes RS) und
mit bestimmten vorhersagbaren Werten von CF und
CR. Es genügt also, in der Beschreibung
der Stromlaufpläne
für die
Leitungsnetze neben den Geometrieparametern "Länge" A und "Breite" B einen Parameter "Schichttyp" S einzuführen, der
eine bestimmte Wertekombination für RS,
CF und CR benennt.
Vorzugsweise wird ein Verzeichnis eingerichtet, z.B. in Form einer
Nachschlagetabelle, die für
jeden von mehreren auswählbaren
Schichttypen die betreffende Wertekombination der Schichteigenschaften
angibt.
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In
der vorstehend beschriebenen Ersatzschaltung sind die Einflüsse eventueller
Leitungsinduktivitäten
nicht berücksichtigt.
In den meisten praktischen Fällen
sind die Induktivitä ten
tatsächlich
vernachlässigbar
klein. Sollte jedoch zu vermuten sein, dass sie einen nennenswerten
Einfluss auf die Funktion der Gesamtschaltung haben, dann ist in
der Ersatzschaltung eine geeignet dimensionierte Induktivität in Reihe
mit dem Längswiderstand
vorzusehen. Der Wert L dieser Ersatzinduktivität wird ebenfalls durch die
Strukturparameter bestimmt und kann ebenfalls aus dem Stromlaufplan
extrahiert werden: Vorzugsweise wird hierbei nur die Länge des
betreffenden Leitungsabschnittes berücksichtigt, denn diese Länge ist
der dominierende Faktor für
den Induktivitätswert.
Etwaige weitere Faktoren wie Kopplungen mit der Umgebung können in
der Regel unberücksichtigt
bleiben, ebenso auch der räumliche
Verlauf der Leitung.
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Statt
einer Pi-Schaltung kann auch eine anders gestaltete Ersatzschaltung
konzipiert werden, z.B. eine "T"-Schaltung mit zwei
Längsimpedanzen und
einer dazwischen abzweigenden Querkapazität, oder eine "Halb-T"-Schaltung mit einer
einzigen Längsimpedanz
und einer einzigen Querkapazität. Entsprechende
Modelle erfordern natürlich
eine etwas andere Dimensionierung der Ersatzschaltungselemente als
oben beschrieben. Eine nähere
Erläuterung
hierzu kann entfallen, da ein Fachmann ohne weiteres in der Lage
sein wird, für
jede Art von Ersatzschaltung die entsprechende Dimensionierungsvorschrift
aus den Strukturparametern des betreffenden Leitungsabschnittes
abzuleiten.
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Anhand
des Ergebnisses der Simulation (Block 3 in 1)
wird entschieden (Block 4), ob die im Stromlaufplan (Block 1)
beschriebene Schaltung in der gewünschten Weise funktioniert.
Falls nein, kann der Schaltungsdesigner Korrekturen im Stromlaufplan
vornehmen und eine erneute Simulation fordern. Die "Korrekturschleife" über die Blöcke 1, 2, 3, 4 kann
mehrmals durchlaufen werden, bis die durch den Stromlaufplan beschriebene
Schaltung als funktionstüchtig
anzusehen ist (Entscheidung "ja" am Block 4).
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Dann
folgt als nächster
Schritt der Entwurf des Layout (Block 5) anhand der Vorgaben
des Stromlaufplans. Dieses Layout kann vom Layouter an einem Computerbildschirm
gezeichnet werden. Beim Layouten der Leitungsnetze soll sich der
Layouter möglichst
gut an die im Stromlaufplan vorgegebenen Strukturparameterwerte
A, B, S halten. Er ist jedoch frei in der Gestaltung des räumlichen
Verlaufs der jeweiligen Leitungen. Hierzu beschreibt der Layouter
alle Leitungsabschnitte üblicherweise
als Polygone. Für
die Schaltungselemente kann der Layouter standardisierte Muster
aufgrund der im Stromlaufplan angegebenen Kennzeichnungen der Elemente verwenden.
Die Daten des entworfenen Layout werden in einer Layout-Datenbank
abgelegt, wie mit dem Block 6 im Flussdiagramm nach 1 symbolisiert.
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Die 3 zeigt
für das
in 2 dargestellte Netz Ni ein
Layout, das die Vorgaben des Stromlaufplans hinsichtlich Länge, Breite
und Schichttyp der Leitungsabschnitte genau erfüllen würde. In der Praxis kann es
jedoch vorkommen, dass diese genaue Übereinstimmung nicht immer
erzielt wird. Der Layouter kann entweder unbeabsichtigte Fehler
machen oder aus verschiedenen Gründen
gezwungen sein, von den Strukturvorgaben des Stromlaufplans abzuweichen.
Ein solcher Grund kann z.B. sein, dass ein Leitungsnetz im Layout
in eine andere Hierarchie-Ebene fallen muss als im Stromlaufplan.
Solche Abweichungen können
einzelne Werte der vom Stromlaufplan vorgegebenen Strukturparameter und/oder
sogar die Topologie des Leitungsnetzes betreffen. Ein weiterer Grund
kann sein, dass das Ergebnis der Layoutregelprüfung (DRC) negativ ausfällt und
eine Modifizierung verlangt.
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Bei
dem in 3 dargestellten Layout könnte die automatische Layoutregelprüfung z.B.
zu dem Ergebnis kommen, dass der räumliche Abstand zwischen den
Elementen E2, E3, E4 zu klein ist. Zur Abhilfe könnte der Layouter dann das
Layout des Netzes Ni so verändern, wie
es die 4 zeigt. In diesem Fall bleiben die Vorgaben des
Stromlaufplans hinsichtlich der Netztopologie und hinsichtlich des Leitungsabschnittes
L1 erfüllt,
jedoch weichen die Längen
der Leitungsabschnitte L2, L3, L4 nunmehr von diesen Vorgaben ab.
Denkbar und in der Praxis nicht ausgeschlossen sind aber auch erzwungene Änderungen
der Leitungsbreite B oder des Schichttyps S.
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Zum
Zwecke des Vergleichs zwischen dem Layout eines Netzes und den im
Stromlaufplan enthaltenen Vorgaben wird aus den in der Layout-Datenbank
abgelegten Layout-Daten eine Layoutbeschreibung extrahiert (Block 7 in 1),
welche für
die Leitungsabschnitte des Netzes explizit die im Layout geltenden
Werte der Strukturparameter A (Länge),
B (Breite) und S (Schichttyp) angibt, also der gleichen Parameter,
wie sie der Beschreibung des Stromlaufplans zugrundegelegt worden
sind. Die Extraktion dieser Strukturparameterwerte ist weit weniger
aufwändig
als die bisher übliche
und rechnerisch kompliziertere Extraktion von Kapazitäts-, Induktivitäts- und Widerstandwerten
aus den Layout-Daten.
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Für das in 3 dargestellte
Layout entspricht die so extrahierte Layoutbeschreibung dem Stromlaufplan
nach 2. Die extrahierte Layoutbeschreibung für das "abweichende" Layout nach 4 ist
in 5 dargestellt.
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Der
Vergleich selbst (Block 8 in 1) beinhaltet
für jedes
Leitungsnetz jeweils nur den Vergleich zweier Wertegruppen, nämlich den
Vergleich der im Stromlaufplan angegebenen Werte für die Parameter
A, B, S (aus Block 1) mit den in der extrahierten Layoutbeschreibung
angegebenen Werten dieser Parameter (aus Block 7). Dieser
Vergleich kann automatisiert und sehr schnell erfolgen, so dass
die Gesamtheit aller Vergleichsoperationen auch für eine sehr
große
Vielzahl von Leitungsnetzen, wie sie in hochintegrierten Schaltungen
enthalten ist, nur wenig Zeit benötigt.
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Sofern
das Layout den Vorgaben des Stromlaufplans genau folgt, wird der
Vergleich eine Übereinstimmung
zeigen, also signalisieren, dass das reale Layout für das betreffende
Leitungsnetz brauchbar ist. Der Stromlaufplan kann also unverändert bleiben.
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Der
beschriebene Vergleich gestattet es, in einfacher Weise schnell
und automatisch alle Leitungsnetze zu erkennen, in denen das Layout
von den Vorgaben des Stromlaufplans abweicht. Die "abweichenden" Leitungsnetze bilden
eine Teilmenge der Gesamtmenge aller Leitungsnetze. Wegen der Strukturvorgaben
im Stromlaufplan und der eingeschränkten Gestaltungsfreiheit des
Layouters wird diese Teilmenge nur einen Bruchteil der Gesamtmenge
ausmachen. Eine interaktive manuelle Korrektur des Stromlaufplans
braucht sich also nur auf diesen Bruchteil zu beziehen, wodurch
der Zeitaufwand wesentlich reduziert wird.
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Der
Aufwand lässt
sich weiter vermindern, wenn man bereits vor dem Vergleich eine
Auswahl aus der Vielzahl vorhandener Netze trifft. Im Grunde interessieren
nämlich
nur die wirklich "kritischen" Leitungsnetze, deren
Leitungsparasiten einen gewissen Mindesteinfluss auf die Gesamtschaltung
haben. Somit können
in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung Maßnahmen getroffen werden, um
anhand der in der Layout-Datenbank abgelegten Layout-Daten die kritischen
Leitungsnetze zu selektieren (Block 9 in 1).
Hierbei können
verschiedene Kriterien verwendet werden. Vorzugsweise werden Netze
selektiert, deren elektrisches Verhalten durch parasitäre Kapazität dominiert
ist, und Netze, deren elektrisches Verhalten durch parasitären Widerstand
dominiert ist.
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Ein "kapazitätsdominiertes" Netz liegt vor, wenn
die Kapazität
des isoliert gesehenen Netzes (also die Summe der Leitungskapazitäten aller
Leitungsabschnitte des betreffenden Netzes) im Verhältnis zur
Gesamtkapazität,
welche zusätzlich
die Anschlusskapazitäten
aller am Netz hängenden
Schaltungselemente enthält,
relativ hoch ist. Vorzugsweise werden also alle Netze selektiert,
bei denen das genannte Verhältnis einen
gewählten
Schwellenwert überschreitet.
Dieser Schwellenwert kann ein auf allgemeinen Erfahrungen beruhender
Wert sein. Es hat sich gezeigt, dass ein Wert im Bereich zwischen
10% und 30% geeignet ist, ein zu bevorzugender Wert liegt bei oder
nahe 20%. Ein ähnliches
Kriterium kann auch hinsichtlich der Induktivitäten vorgegeben werden, falls
das induktive Verhalten des Netzes überhaupt eine nennenswerte
Rolle spielt; in den meisten praktischen Fällen können die Induktivitäten jedoch vernachlässigt werden.
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Ein "widerstandsdominiertes" Netz liegt vor, wenn
das Verhältnis
der Summe der Widerstände
aller Leitungsabschnitte des Netzes zum Innenwiderstand der das
Netz speisenden Signalquelle relativ hoch ist. Vorzugsweise werden
also alle Netze selektiert, in denen das besagte Widerstandsverhältnis einen
gewählten
Schwellenwert überschreitet.
Auch dieser Schwellenwert kann ein auf allgemeinen Erfahrungen beruhender
Wert sein. Hier hat sich gezeigt, dass ein Wert im Bereich zwischen
30% und 100%. geeignet ist, ein zu bevorzugender Wert liegt bei
oder nahe 50%.
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Die
beschriebene Selektion der kritischen Netze ist ebenfalls in einfacher
Weise automatisierbar. Alle genannten Schwellenwerte können wie
gesagt auf allgemeine Erfahrungen gegründet werden, oder sie können im
Voraus empirisch gefunden werden, z.B. unter Simulation an einem
Modell, das ein relativ einfaches Leitungsnetz repräsentiert.
Durch die beschriebene Selektion der Leitungsnetze reduziert sich
der Aufwand für
die Korrektur zusätzlich
um ein beträchtliches
Maß.
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Anhand
des Vergleichsergebnisse aus dem Block 8 kann entschieden
werden, welche Netze einer Korrektur im Stromlaufplan bedürfen (Block 10 in 1).
Nicht alle erkennbaren Abweichungen werden wirklich einen Korrektureingriff
erfordern. So kann man nur diejenigen Netze für einen Korrektureingriff auswählen, in
denen die ermittelten Abweichungen groß genug sind, um die elektrischen
Eigenschaften des betreffenden Leitungsnetzes in einem Maß zu verändern, welches
sich nennenswert auf die Gesamtschaltung auswirkt. Ein erfahrener
Schaltungsdesigner kann dies bei Betrachtung des Vergleichsergebnisses
ermessen. Die Entscheidung kann aber auch automatisiert werden,
z.B. durch automatischen Schwellenvergleich. So kann eine besondere
Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, ein Leitungsnetz nur
dann für
eine Korrektur zu selektieren, wenn die Abweichung einzelner Strukturparameterwerte
des Layout gegenüber
den im Stromlaufplan angegebenen Werten größer ist als ein jeweils vorgewählter Schwellenwert.
Diese Abweichung kann z.B. ausgedrückt werden durch den Betrag
der Differenz zwischen den verglichenen Parameterwerten oder durch
das Verhältnis
des jeweils höheren
Wertes zum niedrigeren Wert.
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Leitungsnetze,
die im Layout eine andere Topologie erhalten haben als im Stromlaufplan
sind einem direkten Vergleich der Strukturparameterwerte einzelner
Leitungsabschnitte (Block 8) nicht zugänglich. Die 6 zeigt
ein Beispiel dafür,
wie ein Layout des im Stromlaufplan nach 1 beschriebenen Netzes
Ni zu einer Änderung der Netztopologie führen könnte. Die 7 zeigt
die aus den Daten dieses Layout extrahierte Layoutbeschreibung.
Ein versuchter Vergleich dieser Layoutbeschreibung mit dem Stromlaufplan
des Netzes wird fehlschlagen, was die Vergleichsautomatik zu einer
entsprechenden Meldung veranlassen kann. Solche als "nicht vergleichbar" gemeldeten Leitungsnetze
müssen
natürlich ebenfalls
für einen
Korrektureingriff selektiert werden.
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Die
Korrektur besteht darin, im Stromlaufplan die Strukturparameterwerte
für jedes
als korrekturbedürftig
selektierte Leitungsnetz an die betreffenden Werte des Layout anzupassen.
Dies ist in 1 symbolisiert durch den vom
Block 10 zum Block 1a weisenden Pfeil. Die Anpassung
kann von Hand ("interaktiv") durch den Schaltungsdesigner
erfolgen, indem er die aus der extrahierten Layoutbeschreibung (Block 7)
entnehmbaren Werte in den Stromlaufplan einträgt. Ist die Topo logie geändert worden,
dann bedarf es einer Stromlaufplan-Beschreibung der neuen Topologie. Die
Merkmale der neuen Topologie können
optisch aus einer grafischen Darstellung der extrahierten Layoutbeschreibung
des betreffenden Leitungsnetzes vom Schaltungsdesigner erkannt werden.
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Die
durch den korrigierten Stromlaufplan beschriebene Schaltung kann
in ihrer Funktion durch Simulation in der gleichen Weise auf ihre
Funktion geprüft
werden, wie es oben für
die Funktionsprüfung des
Stromlaufplans beschrieben wurde. Sollten sich dabei unakzeptable
Funktionsschwächen
oder -fehler zeigen, dann muss das Layout geändert werden.
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Teile
des erfindungsgemäßen Verfahrens können mit
Hilfe von Teilen einer Hilfseinrichtung durchgeführt werden, z.B. mittels geeigneter
elektronischer Verarbeitungsschaltungen und Datenspeichern. Die
Hilfseinrichtung kann durch entsprechende Ausrüstung und Programmierung von
Computern realisiert werden. Zur Festlegung der Strukturparameterwerte
der Netzleitungsabschnitte in die Schematics-Datenbank seitens des
Schaltungsdesigners (Block 1a in 1) und zur
Eingabe der Layout-Daten in die Layout-Datenbank seitens des Layouters (Block 6)
können
jeweils geeignete Einrichtungen an einem Design- bzw. Layout-Computer
benutzt werden, z.B. die Tastatur und einzelne hiermit auszufüllende Felder
eines entsprechend gestalteten Formulars auf dem Computerbildschirm.
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Zur
Extraktion der die Strukturparameterwerte der Netzleitungsabschnitte
angebenden Layoutbeschreibung (Block 7 in 1)
und zum Vergleichen dieser Strukturparameterwerte mit den im Stromlaufplan
angegebenen Werten (Block 8) kann die Hilfseinrichtung
eine entsprechend ausgebildete Recheneinrichtung enthalten, z.B.
implementiert durch ein entsprechendes Programm für das Rechenwerk
eines Computers. Durch geeignete Recheneinrichtungen bzw. Rechenprogramme
können
auch weitere Teile in der Hilfseinrichtung implementiert werden, nämlich eine
Einrichtung zur Selektion der kritischen Netze (Block 9 in 1),
eine Auswerteeinrichtung zur Selektion der zu korrigierenden Netze
(Block 10), eine Einrichtung zur Berechnung der Komponenten der
Leitungsparasiten-Ersatzschaltung (Block 2) und eine Einrichtung
zur simulierten Funktionsprüfung (Block 4).